近日，昆明理工大学环境科学与工程学院特聘教授单春才课题组在液滴摩擦纳米发电机（TENG）高输出电压方向取得重要研究进展，相关研究成果以“Super-High Output Voltage Achieved in Droplet TENG by Substrate Dielectric Property Modulation”为题发表于材料/环境领域国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》。

液滴摩擦纳米发电机为收集低频环境机械能提供了一条极具前景的途径。然而，固-液系统的输出性能仍受限于界面电荷存储机理不明确以及缺乏有效手段利用体电荷等问题。针对这一瓶颈，研究团队提出了一种基于介电特性调控的固-液摩擦纳米发电机（BCCD-TENG），通过采用具有可调电导率的基板来增强界面电荷的保留能力。该设计使得单个液滴能够在15秒内累积产生4.2 kV的超高电压，实现了固-液接触摩擦纳米发电机领域迄今报道的最高电压输出。

研究团队经过系统筛选，发现PMMA和PVDF基板是电压输出的最优材料，均能实现高达4200 V的累积输出电压。同时，进一步研究还阐明了基板电导率调控体电荷再分布的关键机制，并引入创新的背电极设计。这一结构使固-液摩擦起电行为从纯粹的界面过程转变为体相介导过程，将分散的表面电荷重组为体电荷。基于输出信号对不同基板材料的强依赖性，该器件在最佳匹配阻抗下可输出约10.5 mW的峰值瞬时功率，单位面积功率密度约为2.06 W/m²。最后，研究团队还开发了一种无接触、无污染的材料识别传感器，可实现毫秒级材料识别。该技术可应用于垃圾分类、工厂物料快速分拣等场景，实现高效、无损的目标识别与分类。该器件能够在约4 Hz的液滴冲击下持续点亮400颗商用LED灯。该技术可部署于屋顶、雨伞等雨天场景，为照明设备持续供电，有望克服太阳能电池在雨天无法有效工作的局限，实现全天候的能量收集。长期连续循环测试表明，器件在51716秒（14.3小时）和7388次循环内输出电压无显著衰减，展现出优异的长期运行可靠性。

昆明理工大学为第一通讯单位，硕士研究生黄如雪为论文第一作者，昆明理工大学特聘教授单春才、重庆师范大学贺文聪老师及重庆大学胡陈果教授为论文的共同通讯作者。相关研究工作得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划、国家重点研发计划以及重庆市自然科学基金等的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.77771